安徽省桐城地区晶质石墨矿成矿规律及找矿方向分析

2020-05-16何振忠聂张星桂淑林

安徽地质 2020年1期

何振忠，聂张星，桂淑林

（安徽省地质矿产勘查局311地质队，安徽安庆 246003）

0 引言

晶质石墨矿作为我国重要的战略资源，广泛应用于冶金、化工、机械、核工业、电子、航空航天和国防军工等领域。据中国地科院估算，中国晶质石墨占全球的70%以上，而我国晶质石墨矿主要分布于黑龙江、内蒙古、四川、山西、山东等省，其中黑龙江省晶质石墨资源可占中国60%，全球的40%以上。安徽省地质矿产勘查局311 地质队开展的“桐城地区晶质石墨矿资源调查评价”项目，取得了较大的找矿成果，初步估算晶质石墨矿石资源量463.25 万吨，矿物量20.28 万吨。本文基于调查成果，进行综合研究，总结矿床的成矿特征，试图指出下步找矿方向，以指导今后的找矿工作。

1 区域地质背景

矿区主体位于秦岭—大别造山带大别构造带内（图1），郯庐断裂带分支——桐城—太湖断裂（简称桐—太断裂）西北，磨子潭—晓天断裂以南。桐—太断裂以东属下扬子地块，磨子潭—晓天断裂以北为北淮阳构造带。

区内出露地（岩）层有晚太古—早元古代大别岩群，包括变质表壳岩组合及变质（超）铁镁质岩组合等；晚元古代卢镇关岩群小溪河岩组；中生代侏罗纪钟山组、江镇组、毛坦厂组及白垩纪彭家口组、汪公庙组；新生代第三纪、第四纪地层。区内晶质石墨矿赋存于晚太古—早元古代变质表壳岩组合中。

图1 安徽大别山构造地质简图Figure 1. Sketch of the Dabie structures and geology in Anhui Province

区内侵入岩分布广泛。主要有晚元古代变质变形侵入岩、中生代侵入岩及脉岩。

矿区位于桐—太断裂和磨子潭—晓天断裂之间，两断裂带附近，断裂构造发育。除两大区域性断裂外，断裂构造也较发育，包括北东向、北西向及近东西向断裂；变质表壳岩及变形变质侵入体分布区岩石韧性变形较强，主要表现为形成早期韧性剪切带，变质表壳岩组合及桐城片麻岩套发生糜棱岩化作用及片理、片麻理发生塑性流变褶皱。

区内矿产资源分布较多，金属矿产以铜、铁、铬矿为主。非金属矿产以晶质石墨及石棉矿为主，其中石棉矿分布较广泛。

2 矿区地质简况

2.1 地层

本区大别岩群在上世纪80 年代进行石墨矿产调查时沿用1∶20万区调大别山群地层单位，包括文家岭组和刘畈组，并进行了分段和分层。1997年桐城幅1∶5 万区调将原大别山群解体为变质表壳岩组合、变质（超）镁铁质岩和变质变形侵入体，但过多地将部分混合岩化的变质表壳岩划入变质变形侵入体，甚至区内见大量大理岩层、石墨片岩地段也划入变质变形侵入体，显然难以全面反映本区变质表壳岩的分布及地质特征，更不能反映区内沉积变质岩系与矿产的关系。因此本次在以往矿区及外围地质测量成果、桐城幅1∶5万区调报告基础上，结合其他区域地质资料，对区内变质表壳岩进行了重新划分，根据以往工作所了解的岩性组合将变质表壳岩组大体划分为片麻岩组（DBG）和大理岩组（DBM），大理岩组进一步细分为角闪斜长片麻岩组及角闪斜长片麻岩+斜长片麻岩组。

大理岩组以含较多的大理岩为特征。主要岩性组合包括黑云角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩、角闪斜长片麻岩夹斜长角闪岩、大理岩、透辉岩、含透辉石变粒岩、石英岩、白云石英片岩、石墨片岩、石墨变粒岩等。地层层理与片麻理一致，倾向一般为100°～140°，倾角20°～50°，局部受褶皱作用产状变化较大。

区内晶质石墨矿即赋存于变质表壳岩组合大理岩组内，且主要赋存于其中角闪斜长片麻岩组合中。

2.2 变质作用

区内岩石普遍经受了较深的变质作用，其类型主要有区域变质作用和动力变质作用。区内混合岩化作用也较普遍。

区域变质作用对石墨矿的成矿起到决定性作用，石墨矿的矿石质量、石墨鳞片片径的大小，矿石类型与变质程度的深浅有着极密切的关系。角闪岩相变质作用为区内主要区域变质作用，变质表壳岩及变质变形侵入体的区域变质作用均属此相。变质矿物组合有：变质基性岩类：Hb+Pl+Bit±Mp+Qz；变质长英质岩类：Pl+Hb+Bit+Qz、Pl+Kp+Hb+Qz、Pl+Bit+Gro+Qz、Pl+Kp+Bit+Qz、Pl+Hb+Di；变质泥质岩类：Bit+Ald+Qz、Pl+Bit+Qz、Pl+Kp+Ms+Qz+Gph；变质钙质岩类：Cal+Do+Ti±Qz、Cal+Do+Di+Ti±Qz。区内分布于变质表壳岩组合内的石墨片岩、石墨变粒岩即为角闪岩相变质作用所形成，原岩为含碳质泥质、粉砂质岩石。

混合岩化与石墨的关系主要体现在对石墨矿的后期改造上，混合岩化相对较弱的地区如板桥矿区，石墨矿点数量最多，矿体规模也最大。相反，混合岩化较强的地区如黄草尖矿区，出露的石墨矿（化）点数量较少，规模也较小。从微观上看，由于混合岩化作用使原矿石中增加了大量的长英质组分，而改变了矿石的矿物成分、矿石类型乃至降低固定碳含量，如板桥矿区受混合岩化作用较弱，矿石中新生的脉体成分较少，石墨及固定碳含量均较高，矿石有石墨片岩型，也有石墨变粒岩型。而黄草尖等受混合岩化较强的矿区，主要出露混合岩及混合片麻岩，局部接近混合花岗岩，其矿石中新生脉体组分明显增加，石墨及固定碳含量都降低，直至边界品位以下，几乎全为石墨变粒岩型。但是，混合岩化对石墨矿的影响也有有利的一面，主要体现在使矿石中石墨鳞片片径进一步加大，并促使石墨的进一步聚集而形成更大的鳞片集合体。

矿区内动力变质作用主要是与断裂构造作用有关，它分为碎裂岩类、糜棱岩类两类岩石系列，且与断裂带形成的构造层次相对应。

3 矿床地质特征

3.1 矿体特征

本矿区共圈出石墨矿体15个，矿体均赋存于角闪斜长片麻岩组中（以暗色片麻岩夹大理岩、石墨片岩为特征），矿体出露长150～1100m，矿体厚1.03～22m，厚度不稳定。除方家龙窝矿体受褶皱影响导致走向北东东，倾向北，倾角30°～40°外，其余矿体倾向95°～140°，倾角25°～35°。矿体平均品位（固定碳含量）2.98%～7.08%，石墨含量变化较大，最高品位达15.07%。

3.2 矿石特征

图2 石墨矿石特征Figure 2. Characteristics of graphite ore

图3 桐城地区晶质石墨片径统计Figure 3. Statistics of diameters of crystalline graphite flakes in the Tongcheng area

图4 晶质石墨矿石镜下特征Figure 4. Microscopic characteristics of crystalline graphite ore

矿石类型为石墨变粒岩型（图2），由石墨变粒岩形成。矿石为深灰—黑灰色，致密块状及条纹、细条带状，细鳞片花岗变晶结构。主要脉石矿物为石英、斜长石（少量钾长石）、白（绢）云母及黑云母；次为磷灰石、榍石、绿帘石、锆石、钛镁矿等。粒状矿物一般占70%～80%左右，颗粒较细。矿石矿物为晶质石墨，呈细鳞片状，常和黑云母等片状矿物聚集，其鳞片长径平行片麻理定向分布,少量石墨为不等粒半自形—自形粒状，呈浸染状星散分布于粒状脉石矿物之间；或定向排列于浅色矿物中，呈微薄层互层，显示条纹状构造。本次对评价区28片光薄片进行了片径统计，可以看出石墨鳞片片径多为0.02～0.5mm（图3、图4），最大为1mm，见于方家龙窝矿区。本区石墨质量较好，矿物组合简单，粒度、含量及分布比较均一、稳定。粒状脉石矿物比例大，易于选矿。矿石矿物含量较高，变化较小，致密块状矿石质量尤佳。

4 成矿规律及找矿方向

4.1 成矿规律

（1）本区各含矿层位（段）都具有相似的岩石——角闪斜长片麻岩，主要岩性为以角闪斜长片麻岩、黑云（角闪）斜长片麻岩为主，夹斜长角闪岩、大理岩、石墨片岩、石墨变粒岩、石英岩等。不同的含矿段岩石组分也有一定的差异，这不仅表现在一些岩石组分的有无，也表现在上述基本岩石组分的多寡上。

角闪斜长片麻岩内石墨矿体的分布也很不均匀，这与本身岩石组分的变化有关。在板桥附近大理岩组中，岩性组分较复杂，暗色岩系发育，尤以斜长角闪岩发育为特点，大理岩也多见，石墨矿体规模较大。向北，成分渐趋简单，斜长角闪岩、大理岩含量也明显减少，岩石色率降低，颗粒变粗，未见石墨矿体。向东，基本为角闪斜长片麻岩和黑云斜长片麻岩，未见大理岩且也未见石墨矿体。岩性组合及岩性层的变化反映原岩具一定的沉积旋回，具特定沉积环境的特征。

（2）大理岩与石墨矿的关系体现：较大的石墨矿体附近均见大理岩，53.8%的石墨矿（化）体附近见大理岩，62.1%的大理岩附近见石墨矿（化）体；各矿段均见大理岩；所划分的含矿层位均见大理岩。但是，不同含矿段大理岩与石墨矿体关系也存在差异，评价区西部大理岩可见于底板，也可见于顶板；在评价区中部黄草尖—镜主庙一带，大理岩仅见于底板；在东部则见于顶板。局部较复杂的含矿段，大理岩可以是顶、底板，也可以是夹石。

（3）含矿段具有一定的岩石组分。区内产出的石墨变粒岩及围岩等，将其化学成分计算结果（表1），利用P.尼格里原岩恢复的方法（图5、图6），可确定其原岩，其中石墨变粒岩、石墨片岩原岩为含碳质黏土岩、页岩、火山岩。共生的围岩组合相近，推测原岩也为含碳质泥岩。区内其他变质岩根据区域资料及实际观察结果看，各种浅粒岩、斜长片麻岩，部分角闪（黑云）斜长片麻岩等相当于长石石英砂岩、长石砂岩及火山岩；石英岩相当于石英砂岩；各类大理岩相当于白云质泥岩、泥灰岩、灰岩、白云质灰岩等。结合以往资料，根据原岩可以看出，含矿段具有韵律层结构特征。韵律层和石墨矿的关系还表现在石墨矿层本身也具有韵律层特征。

表1 桐城地区岩石化学成分及特征值Table 1. Chemical composition and characteristic values of rocks in the Tongcheng area

图5 （al+fm）-（c+alk）-Si图解（据西蒙南，1953）Figure 5.（al+fm）-（c+alk）-Si diagram（after Simonan,1953）

韵律层的变化，尤其是组分的变化，也具有一定的规律。大理岩组各韵律层，共同构成一个具有海进特征的沉积旋回，并可分为两个亚旋回。亚旋回的底部以斜长片麻岩、浅粒岩为主，向上渐为角闪斜长片麻岩、黑云斜长片麻岩，再向上夹较多的斜长角闪岩，并含大理岩。从总体看，该旋回的总体变化也具有亚旋回变化的规律，即向上暗色层增多。这种沉积韵律和旋回的变化，反映出沉积环境的变化。即反映出一种滨海相、浅海相交互变化的环境。在这种环境下，沉积了一套由砂岩、杂砂岩、泥砂岩、泥质、泥钙质、碳质和中酸性火山岩组成，具复理式建造特征的沉积层。此时，区域上正处于地槽发展期下降阶段中期。石墨矿层正是在这个时期，在这种特定的沉积环境下，富含碳质的泥质沉积岩层，经后期地质作用改造而形成。